Підвищення ефективності передачі електроенергії для нетягових споживачів електрифікованих залізниць змінного струму

Loading...
Thumbnail Image
Date
2020
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UKR: Актуальність обраної теми обумовлена проблемами ефективного використання енергетичних ресурсів та забезпечення надійності роботи обладнання. В електроенергетиці одним із способів вирішення вказаних проблем є зниження технологічних втрат електроенергії та забезпечення електромагнітної сумісності працюючих пристроїв. Електрорухомий склад залізниць змінного струму є потужним нелінійним споживачем, що чинить асиметруючий вплив на трифазні мережі та генерує вищі гармоніки до систем зовнішнього та нетягового електропостачання. Враховуючи розповсюдженість ліній ДПР на залізницях змінного струму та визначені вище їх недоліки, об’єктом дослідження обрано процес передачі електроенергії лініями, що гальванічно зв’язані із тяговою мережею. Предметом дослідження є втрати електроенергії, показники несиметрії та несинусоїдності напруги у лініях нетягового електропостачання напругою 27,5 кВ. Метою дослідження є зменшення втрат та підвищення якості електричної енергії при її передачі лініями нетягового електропостачання, які гальванічно зв’язані через рейкову колію з тяговою мережею. Наукова новизна дисертації полягає у наступному: 1. Вперше розроблено комплексну математичну модель взаємодії систем зовнішнього, тягового та нетягового електропостачання залізниці змінного струму, яка відрізняться від існуючих врахуванням різних схем підключення тягових підстанцій до живлячої мережі, несиметрії та несинусоїдності тягового навантаження, параметрів магнітного кола трансформаторів та конструктивного виконання ліній нетягового електропостачання, що дозволяє достовірно визначити втрати та показники якості електроенергії у системі електропостачання для несиметричних та несинусоїдних режимів роботи. 2. Вперше на основі дослідження закономірності зміни систем векторів вихідної напруги тягових трансформаторів із врахуванням схеми їх підключення до первинної мережі запропоновано науково обґрунтований метод забезпечення двостороннього живлення ліній нетягового електропостачання від тягових шин підстанцій змінного струму з різними конфігураціями систем векторів напруги, що дозволяє забезпечити безперервну передачу електроенергії з меншими втратами. 3. Дістав подальшого розвитку метод моделювання режимів електричних мереж у фазних координатах, який відрізняється поєднанням пофазного підходу до складання схеми заміщення та використанням активних і обмінних характеристик нелінійного навантаження при розв’язанні системи диференційних рівнянь, що дозволяє одночасно отримати показники несиметрії та несинусоїдності напруги в розподільчих мережах електрифікованих залізниць змінного струму. Практичне значення отриманих результатів: 1. Впровадження способу підвищення ефективності передачі електричної енергії на кожні 100 км у мережі нетягового електропостачання напругою 27,5 кВ дозволяє зменшити: втрати електроенергії з 270…350 МВт∙год/рік до 160…210 МВт∙год/рік; коефіцієнт несиметрії зворотної послідовності напруги з 1,8…1,9 % до 1,3 %; коефіцієнт несинусоїдності напруги з 7,00…8,21 % до 4,57…6,60 % відповідно. 2. Отримані аналітичні вирази показників несиметрії напруги для схем одностороннього та двостороннього живлення ліній «два проводи-рейка» у вигляді сукупності статистичних законів розподілу та рівнянь регресії дозволяють кількісно оцінити несиметрію напруги при реалізації окремої схеми живлення та показують зниження несиметрії при реалізації двосторонньої схеми живлення.
ENG: The relevance of the topic is due to the problems of efficient use energy resources and ensuring reliability of the equipment. In the power industry, one of the ways to solve these problems are to losses of electricity and ensure electromagnetic compatibility of devices. The electric rolling stock of AC railways are a powerful non-linear consumer, which has an asymmetric effect on three-phase networks and generates higher harmonics to external and non-traction power supply systems. Scientific novelty of the obtained results: 1. For the first time the complex mathematical model for simulation of external, traction and non-traction AC power supply systems was developed, which differs from the existing ones taking into account different schemes of traction substations connection to the mains, asymmetry and non-sinusoidal traction load, magnetic circuit parameters. Mathematical model allows to reliably determine the losses and indicators of power quality in the power supply system for asymmetric and non-sinusoidal modes of operation. 2. For the first time the scientifically proved method of providing two-way power supply of nontraction power supply lines from buses of AC substations with different systems of voltages vectors with lower losses, which based on research of change of vectors systems output voltage transformer taking into of schemes of their connection to the primary network. 3. The method of modeling electric network modes in phase coordinates was further developed, which differs by a combination of a phase-by-phase approach to the substitution scheme and the use of active and exchange characteristics of nonlinear loading in solving a system of differential equations. The method allows to obtain indicators of voltage asymmetry and nonsinusoidal networks of electrified alternating current railways. The practical significance of results: 1. The implementation of a proposed method increasing the efficiency of electricity transmission of nontraction network power supply for every 100 km with a voltage of 27,5 kV allows to reduce electricity losses from 270…350 MWh / year to 160…210 MWh / year, the voltage unbalance from 1,8…1,9% to 1,3% and the total harmonic distortion from 7,00…8,21% to 4,57…6,60%, respectively. 2. The dependence of voltage asymmetry indices for unilateral and bilateral power supply with “two wire-rail” line have been obtained in form of set statistical distribution laws and regression equations, which are allow quantifying the voltage unbalance in the implementation of a separate power supply scheme.
Description
Д. Земський: ORCID 0000-0003-4322-0727
Захист – 22 квітня 2021р., Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна
Keywords
лінія «два проводи-рейка», активна характеристика, обмінна характеристика, втрати електроенергії, електромагнітна сумісність, математичне моделювання, нетягове електропостачання, нетяговий споживач, система тягового електропостачання, фазні координати, фазоповоротний пристрій, якість електроенергії, “two wires-rail” line, active characteristic, exchange characteristic, power losses, electromagnetic compatibility, mathematical modeling, non-traction power supply, non-traction consumer, traction power supply system, phase coordinates, phase-shifting device, power quality, КІСЕ
Citation
Земський Д. Р. Підвищення ефективності передачі електроенергії для нетягових споживачів електрифікованих залізниць змінного струму : дис. ... д-ра філософії : спец. 275. Дніпро, 2020. 194 с.